科學(xué)家嘗試從海水中提取鋰金屬 滿足激增的鋰電池需求。
- 發(fā)表時(shí)間：2021-10-11
目前，世界上大約 75% 的鋰來(lái)自于橫跨阿根廷、玻利維亞和智利的一片山地，這個(gè)地區(qū)被稱為“鋰三角”。在那里，金屬是通過(guò)將鹽水泵入巨大的露天盆地，在一年的時(shí)間里將其蒸發(fā)掉而提取的。然而，這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程在一個(gè)渴望鋰的世界里是一個(gè)主要的瓶頸，雖然有其他的來(lái)源，但大多數(shù)都有環(huán)境成本。
為了防止迫在眉睫的短缺，包括美國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在尋找可持續(xù)的方法來(lái)提取這種需求量大的元素。這就是普利茲克分子工程學(xué)院紐鮑爾家族助理教授劉崇（Chong Liu，音譯）的作用。
劉崇是一位材料科學(xué)家，她研究物質(zhì)的特性，以創(chuàng)造高度專業(yè)化的材料。目前，她的實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)一種新型的電極，可以通過(guò)一種叫做電化學(xué)插層（electrochemical intercalation）的過(guò)程從海水中提取有價(jià)值的元素。雖然劉的工作仍處于早期階段，但它可能是在任何地方提取鋰的最可持續(xù)方法之一。
劉說(shuō)：“我們的主要?jiǎng)訖C(jī)是創(chuàng)造一個(gè)盡可能環(huán)保的過(guò)程。由于我們采取的是電化學(xué)方法，我們完全避免了對(duì)強(qiáng)熱或強(qiáng)酸的需求，而且我們只得到我們想要的元素--這就是單離子的選擇性”。
這種方法是美國(guó)能源部正在認(rèn)真對(duì)待的一種方法。9 月 2 日，劉被任命為 13 名研究人員之一，他們將獲得 3000 萬(wàn)美元的基金，旨在確保國(guó)家清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵材料供應(yīng)。
美國(guó)能源部部長(zhǎng)珍妮弗-格蘭霍姆（Jennifer M. Granholm）說(shuō)：“擴(kuò)大電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)我們國(guó)家的電網(wǎng)，并通過(guò)數(shù)百萬(wàn)個(gè)清潔能源工作崗位為我們的經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力，這些都依賴于鈷和鉑等關(guān)鍵材料供應(yīng)鏈的保障。我們無(wú)碳的未來(lái)的關(guān)鍵在于加強(qiáng)美國(guó)的清潔工業(yè)，建立美國(guó)制造的關(guān)鍵材料的強(qiáng)大供應(yīng)鏈系統(tǒng)，并在國(guó)內(nèi)和國(guó)外積極部署由此產(chǎn)生的氣候技術(shù)”。
在分子層面上，Liu通過(guò)設(shè)計(jì)高度特定的電極材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這些材料將離子吸引到電極上，同時(shí)只捕捉某些元素，將其捕獲。不過(guò)，這種方法也有挑戰(zhàn)。因?yàn)楹Ｋ械匿嚌舛认喈?dāng)?shù)�，約為百萬(wàn)分之 0.2，任何提取技術(shù)都需要非常高效，以便以合理的速度提取鋰。此外，為了在工業(yè)規(guī)模上使用這些電極，它們將需要由高選擇性、高耐久性的材料制成。選擇最佳候選材料將需要時(shí)間。
劉明白這些挑戰(zhàn)，她已經(jīng)在設(shè)計(jì)層面上考慮了這些挑戰(zhàn)。她的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在材料選擇過(guò)程中看到了有希望的結(jié)果，將候選材料縮小到幾個(gè)可能的系列，她正在努力用新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)進(jìn)一步完善。她希望在未來(lái)十年內(nèi)，會(huì)有一個(gè)新的、完全可持續(xù)的鋰提取系統(tǒng)。
劉說(shuō)：“我完全期待在10年或20年內(nèi)，我們將看到人員和貨物運(yùn)輸方式的徹底轉(zhuǎn)變。但是為了創(chuàng)造這一點(diǎn)，為了認(rèn)真解決氣候變化問(wèn)題，我們需要為該過(guò)程的每一個(gè)方面找到環(huán)境友好的方法，包括電池制造。這就是我們希望提供的東西”。